作者:Jens H.Gundlach 来源:《自然—生物技术》 发布时间:2012-3-28 15:27:50
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第三代DNA测序技术获突破
 
来自华盛顿大学的研究人员发表了题为“Reading DNA at single-nucleotide resolution with a mutant MspA nanopore and phi29 DNA polymerase”的文章,报道了第三代DNA测序技术新机制——纳米孔检测核酸碱基数增加至20-30个,这将激化目前纳米孔测序技术市场竞争,相关成果公布在Nature Biotechnology杂志上。
 
文章的通讯作者是华盛顿大学的物理学家Jens H.Gundlach教授,他在纳米孔测序技术方面成就赫然,曾经设计出了一种可以在纳米孔内对DNA进行快速测序的新方法,这种纳米微孔只有1个纳米大小,仅够用来测量一个DNA的单分子链。
 
对于这一最新成果,他表示,“为了能获得可行的,易于操控的测序平台”,“我们提高了一种蛋白纳米孔的效用,这种纳米孔能与分子马达共同作用,帮助DNA链每次通过一个核苷酸。”
 
另外一种思考方向
 
正如前文所叙,纳米孔测序技术存在瓶颈——DNA链通过纳米孔的速度太快,以致来不及对碱基进行检测,因此科学家们想尽办法降低这一速度。Gundlach教授研究组这一成果就是朝着这个方向,但是也有其它的研究组想到了另外的方法。
 
比如近期来自哥伦比亚大学电气工程教授Kenneth L Shepard就研发出一种比目前市面上仪器精确度更高的分析方法。并且研究人员利用商业化半导体技术,设计了一种定制集成电路,构建新型放大芯片纳米检测设备,可以缩小仪器的体积,用于医学应用。正如研究人员所说的那样,“大部分研究组都尝试减缓DNA的速度,而我们的方法却是构建更快的检测设备”,“我们将最灵敏的电子设备,与最灵敏的固态纳米孔结合起来了。”
 
目前许多单分子检测都是通过光学技术完成的,这些技术利用荧光分子在特殊波长中发射光子,但是当荧光非常强的时候,就会出现一个主要问题,那就是每个分子通常每秒只会生成几千个光子,这也就是说,无法观测到比毫秒速度更快的事件,因为更快速度成像的图片会太暗了,相反,如果你可以采用电子或者离子检测方法,那么就能在一秒钟内获得上十亿个信号。但电子检测方法的问题就在于没有能与荧光波长过滤器匹配的设备,因此即使信号产生了,也常常被掩盖在背景噪音中。
 
这一纳米孔检测设备十分简单,而且易于携带,它不需要完整的显微设备,也不需要高功率仪器,唯一需要注意的就是实验细节。不难想象在未来几年里,纳米孔成像技术将对DNA测序,以及其它医学应用产生巨大的影响。
 
第三代测序市场产品
 
第三代测序技术则是基于纳米孔的单分子读取技术,这种方法读取数据更快、有望大大降低测序成本,改变个人医疗的前景。这一技术的研发是系统工程,涉及生物、半导体、计算机、化学、光学等多个领域,需要不同学科顶尖力量的合作。目前市场上已经出现了相关产品。
 
比如近期Oxford Nanopore Technologies(以下简称Oxford)发布了两款DNA测序仪,高通量的GridION单元和U盘大小的便携式MinION单元。
 
Gordon Sanghera现任Oxford Nanopore的CEO。他表示:“我们设计的MinION和GridION系统具有一系列新特性。纳米孔非常适合简单的的样品制备和新型的信息学流程,系统可设置为运行实验,直到收集了足够数据,才来总结实验。”Oxford Nanopore希望到2013年,整个人类基因组的测序能在15分钟内完成。那将需要20个GridION节点,每个带有8000个纳米孔。
 
除此之外罗氏也准备开发相关产品,他们去年从亚利桑那州立大学的Biodesign研究所和哥伦比亚大学纳米科学中心获得了一些技术授权,以开发一种全新的DNA测序系统。(来源:生物通 张迪)
 
 
 
 
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